趙春江：我國農業信息化領域的領路人

文／本刊記者 盛玲

荒山不見前路，需要拓荒者不畏艱險。在科學的道路上沒有平坦的大路可走，只有不畏勞苦之人，才有希望到達光輝的頂點。我國農業信息化領域學科帶頭人、北京市農林科學院國家農業信息化工程技術研究中心主任、我國智能農業領域首位院士——趙春江，從事農業信息技術研究工作近30年，他是打開我國農業信息化新篇章的拓荒者。

求真務實，經驗種田變科學種田

1964年，趙春江出生在河北省定興縣。1985年他畢業于河北農業大學農學系，同年，考上北京市農林科學院小麥栽培專業的研究生，師從我國著名的小麥專家諸德輝教授。1988年，他考入北京農業大學（現為中國農業大學）攻讀作物栽培與耕作專業攻讀博士學位。

雖然所學專業是農學范疇，但是他對數學和統計學也表現出極大的興趣，十分樂于接觸新鮮事物，喜歡學習先進的計算機技術。在他看來，農業的問題如果要是不用量的問題來進行表達的話，將永遠只是憑借經驗種地的傳統農業。

博士畢業后，趙春江回到了原來攻讀碩士所在的單位——北京市農林科學院工作。小麥是我國重要的糧食作物，也是當時北京最重要的大宗生產作物，趙春江便被分配到作物研究所下的“小麥栽培研究室”，做小麥的栽培研究工作。

最初的幾年，趙春江深入田間地頭做數據調查。他認為農業科技人員要在實際工作中發現問題，進行技術創新和技術發現，然后解決這些農業實際問題，僅僅靠書本上所學到的知識是遠遠不夠的。他先對田間實際情況進行摸底調查，諸如作物在田里生產情況怎么樣，水分情況、養分情況、病蟲害情況、田間雜草生長情況等等，然后通過對調查數據的總結分析，發現這些問題在實際情況中發生、發展和變化的規律。與此同時，他幫助農民指導具體的生產實踐過程，幫助農民實施管理——怎樣少施肥多產糧，怎樣提高肥料利用率，怎樣進行合理灌溉，什么時候噴藥最合適，用藥劑量多少……趙春江用科學的方法把自己所學的知識和技術與生產實踐相結合，具體指導生產實踐。

人之所以能成功，不在能知，而在能行。腳踏實地，才能繼續前行，開啟更加廣闊的未來。

研究推廣農業專家系統，為智慧農業奠基

隨著時代的發展，計算機開始成為農業科研人員的重要工具。“農業專家系統”是把專家系統知識應用于農業領域的一項計算機技術。國際上，農業專家系統的研究始于 20 世紀70 年代末，以美國最為先進和成熟。基層農業生產人員對農業領域專家的迫切需求以及國外農業專家系統的成功經驗，使得國內學者開始關注農業專家系統的研究開發工作。

當時，為了應對基層農業科技專家數量不足的情況，北京市科協支持開展了《北京地區小麥生產管理專家系統》的研究，兼備農學和計算機知識的趙春江成了挑大梁的角色。這一項目也成為趙春江學術研究的一個重要節點。

通俗來講，農業專家系統就是讓電腦學會農業專家的知識，教農民種地。要讓計算機像專家一樣有學問，這首先需要收集、錄入大量的信息，比如土壤、氣溫、水分、病蟲害等等；然后還得讓計算機像專家一樣會分析問題，能從數據中找出小麥增產的基本規律；最后，為基層農技工作者和農民提供方便、先進、實用的農業生產技術咨詢和決策服務，指導農民科學種田。由于農業專家系統是個新鮮事物，可借鑒的并資料不多，趙春江只能探索著進行。

那段時間，趙春江白天到郊區的試驗田里收集各種數據，晚上回到單位把它們錄入電腦，進行計算，然后再將結果拿到田里去比對、分析，出現誤差再回來修改計算程序。功夫不負有心人，“小麥生產管理專家系統”在北京多個應用示范點進行試驗都取得了不錯的效果。“一畝田平均增產8%～10%，每畝小麥能增收節支40元左右。”1995年5月12日出版的《人民日報》報道了這項技術成果。

1996年開始，科技部正式將“農業專家系統”列入國家“863計劃”，對趙春江的專家系統研究和開發工作給予支持。在此基礎上，趙春江還研發出了核心成果——大型網絡化、可視化農業智能系統開發平臺 PAID 和作物三維形態結構可視化計算分析軟件，為農業智能系統的本地化二次開發提供了方便快捷的開發工具。通過集成農業領域權威專家的求解問題思路、業務流程和共性知識、模型，他建立了多種農業動植物通用的農業專家系統領域應用框架，適用地域和類型更加廣泛；開發了單機 /網絡版、中 / 外文、嵌入/ 桌面等實用化農業智能系統，提供了“平民化”技術模式。這為農業科技推廣提供了有效技術手段，提高了基層農業人員的科學決策水平和知識運用能力，開辟了農業信息服務的新途徑，使農業科技具體服務到農業生產的不同地塊成為可能。

“邊開發，邊示范”，趙春江帶領團隊攻克了大型農業專家系統建造中的一系列關鍵智能技術，還擔當起了農業專家系統在全國推廣的重任，研究成果在全國 23個省市得到推廣用。作為國家“863計劃”之“智能化農業信息技術應用示范工程”重大項目的技木總體組組長，趙春江全面推動了以農業專家系統為核心的智能化農業信息技術在全國的應用，實現了信息技術在農業領域應用的重大突破。

有耕耘就有收獲。2006年，農業專家系統研究及應用項目獲得國家科技進步二等獎。PAIDE系列經濟型農業專家系統也是目前市場上推廣最廣、應用最多的專家系統。

投身精準農業，率先研究示范

隨著國民經濟的增長和生活水平的不斷提高，人們對食物的質量要求不斷提高。此外，耕地面積持續減少、水資源短缺、自然災害頻發、氣候變化加劇等挑戰接踵而至。面對嚴峻的挑戰，在現有耕地面積上優化農業生產力才是最佳途徑。而提高生產力其實并不容易，生產過程中涉及到很多因素。提高農業生產力離不開技術創新，要積極應對全球性挑戰，農業需要更精準、更智能，從發達國家開始逐步發展起來的以信息技術和智能裝備技術為支撐的現代農業——精準農業應運而生。

趙春江認為，“精準農業是基于現代信息技術發展成就的一次正在進行中的作物栽培學的革命。”1999年，他牽頭成立率先成立農業信息技術專業研發機構——北京農業信息技術研究中心，這正是現在的“國家農業信息化工程技術研究中心”。同年，原國家計委正式批準北京市在昌平區小湯山鎮建設國家精準農業研究示范基地。這個占地2500畝的項目由北京市農林科學院信息技術研究中心承擔建設的我國第一個精準農業技術研究試驗示范基地，奠定了國內實施精準農業的技術和實踐基礎，為國內同行提供了穩定開放的精準農業研究試驗平臺 。趙春江領導的國家農業信息化工程技術研究中心是這個項目主要的承擔者。

趙春江認為，要讓精準農業成為可以操作的生產實踐活動，將涉及到遙感技術、全球定位系統、地理信息系統、專家系統、智能農機等多個學科的知識。趙春江形象地解釋了這一技術體系的三個環節，第一個環節是要獲取這些農田每個地方的基本情況，這就是信息；第二個環節，有了信息之后，應該怎么管理，這就是管理的決策處方，相當于醫生給病人看病一樣，開的處方，讓你吃什么藥；第三個環節，如何把精確量的化肥、農藥科學準確地投放進地里。

信息獲取是精準農業很重要的研究內容，也是分析研究的第一步。除了使用了傳統測土的方法，他們還采用先進的遙感技術來大面積地快速獲取信息，建立模型。2001年，趙春江還牽頭開展了了4次大型的衛星、飛機、地面立體化的大型國內國際聯合科學實驗。每一次實驗都像是在進行一場多兵種聯合參與的實戰演習。

針對精準農業信息獲取的技術瓶頸，趙春江研究提出 970nm高光譜弱水汽吸收特征和簡化倒高斯模型監測作物冠層水分狀況的方法，建立了作物冠層水分和土壤水分相結合的精準灌溉決策模型，克服了過去單純依靠土壤水分指標灌溉決策的不足。

計算機將收集而來的數據進行計算分析，形成決策，如何讓農機根據決策執行操作成了精準農業實施的大問題。剛開始，他們從美國進口過一批智能機具，不僅高昂的價格和維修成本令人咋舌，而且訂貨、到貨的時間少則幾個月，多則半年，這期間有可能會耽誤農時。

趙春江清醒地認識到，國外進口的智能機具并不適合中國目前的農業經濟水平和生產作業規模。別說普通農民，甚至農場、企業都無法接受。于是，他帶領科研團隊先后開發出了一系列小型化、經濟適用的智能機具，成本比進口的同類機具降低至少50%以上。比如安裝了衛星定位系統和車載電腦的變量施肥機、具有光譜識別功能的除草機、溫室里使用的可移動施肥噴藥一體機、還有能夠利用手機短信遠程控制的噴灌設施等。

除了科學實驗層面的貢獻，在精準農業技術的實踐應用過程中，趙春江同樣功不可沒。他總結出精準農業技術不同生產規模和機械化水平條件的技術應用模式，累計在黑龍江、新疆、北京、河南等 20多個省市示范應用 5000 多萬畝，畝節約肥、水、藥 9% ～ 41%。這一應用取得相當大的社會經濟效益和生態效益，大幅提高了農業生產管理的現代化水平，對引領我國現代農業發展發揮了重要作用。

精準農業應用示范研究獲得了2007年度國家科技進步二等獎，專家評價說：趙春江及其團隊的研究，初步構建了我國精準農業從理論到技術，到產品，再到系統的技術體系，產品技術性能達到國際先進水平。

在談到未來我國農業農村信息化發展時，趙春江如此說道：“智慧農業是信息科學技術和農業的結合，利用大數據和互聯網技術提高農業生產的效率和精準度，同時智慧農業代表著農業4.0時代的到來，是未來世界農業發展的必然趨勢，也我國農業未來的發展方向。”站在我國農業信息化的前沿，他深感責任重大，但面對挑戰，他也再次表現出科技工作者的壯志豪情，為下一次農業信息技術的攻關戰做好了準備。